O futuro dos testes de contaminação microbiana: rápidos e em tempo real

Como as empresas farmacêuticas estão garantindo a segurança da água e combatendo a carga biológica com monitoramento on-line

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18 Apr, 2025

Areen Kalantari, Thornton

No campo da fabricação farmacêutica, a pureza da água é fundamental. A contaminação microbiana, ou carga biológica, representa uma ameaça significativa à saúde do consumidor e à reputação das empresas farmacêuticas. Os métodos tradicionais de teste microbiano costumam ser demorados, propensos a erros e trabalhosos. O surgimento de analisadores microbianos em tempo real oferece uma solução promissora para esses desafios, revolucionando a maneira como os fabricantes farmacêuticos abordam o controle da carga biológica.

Fabricação farmacêutica de teste de água

A contaminação microbiana, também conhecida como biocarga no contexto de águas farmacêuticas, refere-se ao número e tipos de microrganismos viáveis presentes em uma amostra de água, incluindo bactérias e fungos. Essa contaminação é uma preocupação significativa para as empresas farmacêuticas, pois a contaminação microbiana pode comprometer a segurança e a eficácia dos medicamentos. As águas farmacêuticas devem atender aos rigorosos padrões de pureza estabelecidos pelos órgãos reguladores, pois servem como um componente crítico na fabricação de medicamentos. Consequentemente, testes microbianos rigorosos são essenciais para garantir a pureza da água e proteger a saúde do paciente e a integridade dos processos de fabricação farmacêutica.

Os perigos da carga biológica em águas farmacêuticas

Os riscos associados à contaminação microbiana em águas farmacêuticas não podem ser exagerados. A água contaminada representa uma ameaça direta à saúde do consumidor, principalmente para indivíduos com sistema imunológico comprometido ou submetidos a tratamentos críticos. A ingestão ou exposição a água contaminada com microrganismos patogênicos pode levar a complicações graves de saúde, como infecções da corrente sanguínea, doenças gastrointestinais e outras condições com risco de vida.

Para muitas empresas farmacêuticas, as implicações da contaminação da água podem ser igualmente devastadoras em termos de danos financeiros e de reputação. A indústria farmacêutica estima que o custo de um único recall pode variar de centenas de milhares a milhões de dólares, dependendo da gravidade e do escopo do problema. Tal incidente pode manchar a reputação de uma empresa por meio da erosão da confiança do consumidor e da associação negativa duradoura à marca.

Em uma época em que as informações se espalham rapidamente pelas mídias sociais e plataformas online, a publicidade negativa pode levar a quedas substanciais nas vendas, nos preços das ações e na confiança dos investidores.

Para as marcas farmacêuticas, as apostas são incrivelmente altas: navegar no equilíbrio entre manter a eficiência operacional e garantir a conformidade regulatória com os mais altos padrões de qualidade da água é fundamental para o sucesso sustentável.

Métodos de teste tradicionais para monitorar os limites microbianos

A história dos testes microbianos remonta ao final do século 19, durante o florescente campo da microbiologia. Cientistas pioneiros como Louis Pasteur, Julius Petri e Robert Koch lançaram as bases para a compreensão do papel dos microrganismos na saúde e na doença. No início do século 20, à medida que a indústria farmacêutica começou a crescer e a produção de medicamentos se tornou mais complexa, tornou-se aparente a necessidade de métodos confiáveis para detectar contaminação microbiana em produtos, incluindo água.

Os primeiros testes de enumeração de biocarga basearam-se principalmente em técnicas de observação direta e cultura. Não foi até meados do século 20 que métodos padronizados para quantificar microrganismos na água foram desenvolvidos, levando ao estabelecimento das primeiras diretrizes farmacopéicas. Nos Estados Unidos, a Farmacopeia dos Estados Unidos (USP) começou a delinear limites microbianos aceitáveis e métodos de teste para produtos farmacêuticos, enfatizando a importância do controle de qualidade na água usada para fabricação.

Contagem de placas

A contagem direta de placas envolve a coleta de amostras de água, cultivando-as em laboratório e contando as colônias que se formam ao longo de vários dias. Embora essas técnicas tenham sido uma prática padrão, elas vêm com limitações significativas:

Demorado: A contagem de placas é um processo trabalhoso que normalmente requer de 5 a 7 dias para produzir resultados.

Subjetivo: A numeração de colônias pode ser subjetiva e propensa a erros humanos devido à contagem manual e variações nas condições de incubação.

Sensibilidade e especificidade limitadas: A contagem de placas pode não ser sensível o suficiente para detectar baixos níveis de contaminação. Além disso, a contagem de placas fornece apenas um instantâneo dos níveis de contaminação em um ponto específico no tempo, em vez de uma visão contínua da qualidade da água.

Filtração por membrana

A filtração por membrana tornou-se popular em meados do século 20, principalmente para testar grandes volumes de água. Nesta técnica, as amostras de água são passadas através de um filtro com poros pequenos o suficiente para reter microorganismos (normalmente 0,45 μm de diâmetro). O filtro é então colocado em um meio de cultura e incubado, semelhante ao método de contagem de placas. Portanto, a filtração por membrana enfrenta desvantagens semelhantes:

Processo demorado: A filtração por membrana pode ser demorada, especialmente se grandes volumes de água estiverem sendo testados.

Propenso a erros: O processo requer manuseio meticuloso e pode ser sensível às propriedades físicas e químicas da amostra de água, o que pode inibir o crescimento microbiano. Além disso, quaisquer microrganismos presentes, mas não cultiváveis, não serão detectados, levando a possíveis lacunas no monitoramento e possível crescimento excessivo de unidades perigosas formadoras de colônias.

Embora os métodos tradicionais de teste de carga microbiana tenham servido como ferramentas críticas por muitos anos, eles apresentam limitações significativas que podem comprometer a qualidade da água e, consequentemente, a segurança do paciente. Ambas as técnicas mencionadas dependem especificamente da contagem de unidades formadoras de colônias (UFCs), o que requer tempo para que os micróbios se transformem em colônias que podem ser contadas fisicamente. Assim, essas técnicas consomem muitos recursos, exigindo tempo e trabalho significativos para coleta, processamento e análise de amostras, e fornecem apenas um instantâneo dos níveis microbianos em um momento específico. Portanto, eles não fornecem monitoramento contínuo da qualidade da água. Em uma indústria onde os eventos de contaminação podem ocorrer rapidamente e ter consequências imediatas, esse atraso na obtenção de resultados pode ser particularmente problemático.

Além disso, nem todos os microrganismos podem ser facilmente cultivados em laboratório, o que significa que alguns patógenos podem permanecer não detectados. Essa seletividade pode levar a uma subestimação da carga microbiana total, pois alguns microrganismos presentes na amostra podem não ser capazes de crescer no meio escolhido.

Entre em analisadores microbianos contínuos e em tempo real, que apresentam uma solução moderna para os desafios impostos pelos métodos tradicionais. Esses sistemas avançados fornecem detecção imediata de contaminação microbiana, permitindo uma intervenção proativa.

A detecção microbiana em tempo real, usada em analisadores como o nosso 7000RMS, depende de duas técnicas de medição óptica estabelecidas: Fluorescência Induzida por Laser (LIF) e Espalhamento Mie. Essas técnicas trabalham juntas para detectar e quantificar microrganismos em águas de alta pureza, como as usadas na produção farmacêutica.

Veja como o processo funciona:

A fluorescência induzida por laser (LIF) ocupa o centro do palco, aproveitando a fluorescência natural de metabólitos microbianos, como NADH e riboflavina. Quando o laser de 405 nm no analisador ilumina a água que flui através dele, esses metabólitos absorvem a luz e entram em um estado excitado. À medida que retornam ao seu estado original, eles liberam energia na forma de luz fluorescente, que é então capturada por um fotodiodo no 7000RMS.

O espalhamento de Mie complementa esse processo medindo como a luz interage com os próprios microrganismos. À medida que a luz do laser passa pela água, quaisquer microrganismos presentes espalham a luz. Um detector registra como a luz é espalhada, revelando informações críticas sobre o tamanho e a quantidade das partículas. O 7000RMS sintetiza dados dos detectores de fluorescência e dispersão. Quando ambos os sinais se alinham sob critérios específicos, o analisador identifica um único microrganismo como uma unidade autofluorescente (AFU). Os resultados são exibidos ao vivo em uma interface de tela sensível ao toque amigável, fornecendo informações claras e imediatas sobre a qualidade da água.

Em um nível básico, a contagem de AFU é como tirar instantaneamente uma foto vibrante e detalhada, enquanto a contagem de CFU é como esperar que um esboço básico e oco seja renderizado. Esse recurso em tempo real é vital para as indústrias farmacêuticas, onde a detecção rápida de contaminação é crucial.

Além disso, a AFU permite um método de contagem direta de numeração de células individuais, ao contrário da contagem de UFC, que estima apenas a população de uma colônia inteira. As medições subsequentes de AFU podem ser feitas diretamente no ambiente do processo, reduzindo o risco de contaminação associado aos métodos tradicionais de amostragem. Esse monitoramento in-situ fornece informações contínuas sobre a qualidade da água, oferecendo uma visão dinâmica da atividade microbiana

Benefícios do teste contínuo de água

Velocidade	Contínuo	Medições diretas	Sensibilidade aprimorada	Ações imediatas
Com resultados a cada dois segundos, o monitoramento em tempo real oferece detecção rápida de contaminação. Embora a contagem de placas possa levar de 5 a 7 dias, o 7000RMS captura 216.000+ medições no mesmo período de tempo.	Ao contrário das contagens estáticas de placas, que fornecem um instantâneo em um único momento, o 7000RMS analisa continuamente o fluxo de água, permitindo a identificação proativa de tendências e intervenções precoces.	A tecnologia avançada de medição óptica conta microrganismos individuais e não depende do crescimento, eliminando as variações provenientes da formação de colônias em métodos de placa.	O 7000RMS é capaz de detectar microorganismos tão pequenos quanto 0,3 μm. O analisador também revela bactérias viáveis, mas não cultiváveis (VBNC) - microrganismos que os métodos tradicionais podem perder.	Os dados de tendências do 7000RMS ajudam a determinar quando a higienização do sistema de água é necessária e facilitam respostas rápidas à contaminação. Essa abordagem proativa permite a redução do risco de liberação de água contaminada enquanto otimiza a frequência de higienização.

Como o monitoramento on-line da água oferece suporte à conformidade farmacêutica

Na indústria farmacêutica, o monitoramento microbiano de Água Purificada, Água Ultrapura e Água para Injeção não é apenas uma boa prática de controle de qualidade; é um requisito regulatório. Os padrões estabelecidos pela Farmacopeia dos Estados Unidos (USP) determinam as condições sob as quais a contaminação microbiana deve ser testada.

Por exemplo, a USP <61> descreve os requisitos para limites microbianos, especificando níveis aceitáveis de microrganismos em produtos não estéreis e enfatizando a importância da qualidade da água. A USP <62> detalha métodos para detectar patógenos específicos, incluindo E. coli, Salmonella e Pseudomonas aeruginosa, em água esterilizada. Além disso, a USP <1231> sobre Água para Fins Farmacêuticos da USP tem endossado consistentemente o monitoramento on-line e contínuo de águas farmacêuticas. Essa abordagem garante que os dados históricos em processo sejam coletados, permitindo o controle eficaz dos sistemas de água e mantendo a produção de água que atenda aos padrões de qualidade aceitáveis.

O 7000RMS está alinhado com a USP <1223>, que incentiva a validação de métodos alternativos que demonstram vantagens em precisão e sensibilidade. Ele também segue as diretrizes publicadas pela FDA e EMA para métodos alternativos de medição microbiológica, garantindo a conformidade com os padrões regulatórios e aprimorando o processo de monitoramento.

O futuro dos testes de níveis de carga biológica em água farmacêutica está na adoção de analisadores microbianos em tempo real. Essas tecnologias avançadas oferecem uma mudança de paradigma na forma como as empresas farmacêuticas podem abordar o controle de contaminação microbiológica, permitindo uma abordagem mais proativa e orientada por dados.

Ao adotar analisadores microbianos em tempo real, as empresas farmacêuticas podem não apenas garantir a segurança e a qualidade de seus produtos, mas também demonstrar seu compromisso com a conformidade regulatória.

Os avanços nos testes microbianos exemplificados pelo 7000RMS garantem que os fabricantes farmacêuticos possam fornecer produtos seguros e eficazes, protegendo a saúde do paciente e sua própria integridade operacional em um cenário regulatório cada vez mais exigente.

À medida que a indústria continua a evoluir, adotar o monitoramento em tempo real será fundamental para manter os mais altos padrões de qualidade da água, reduzir os riscos à saúde do consumidor e proteger a reputação da marca.

Monitoramento microbiano on-line em tempo real para águas farmacêuticas

O 7000RMS™ da METTLER TOLEDO Thornton é um analisador on-line para medição em tempo real da contaminação microbiana (carga biológica) em água farmacêutica. A tecnologia baseada em laser permite a detecção e quantificação imediatas de microrganismos diretamente da amostra de água, superando as limitações dos métodos demorados baseados em crescimento.

Areen Kalantari

Especialista Global do Segmento Farmacêutico

Areen Kalantari é bacharel em Engenharia Biológica/Química e mestre em Administração de Empresas (MBA) em Negócios Internacionais. Ele tem experiência em aplicações de biotecnologia e águas farmacêuticas. Areen trabalhou anteriormente como gerente de produtos de pH, oxigênio dissolvido e CO2, trabalhando com clientes farmacêuticos e de biotecnologia globais para implementar POPs eficazes e treinar pessoal para seus processos de cultura de células e fermentação. Areen é membro votante do comitê de padrões da Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos - Equipamentos de Bioprocessos (ASME-BPE). Ele contribui para o subgrupo de Instrumentação de Processo para ajudar a implementar padrões para as indústrias de bioprocessamento e farmacêutica, com foco em condutividade, pH, TOC e várias outras tecnologias de processo. Em sua função atual, ele apóia o mercado global de sistemas de água farmacêutica e os aspectos regulatórios da USP dos sistemas WFI e PW em relação aos testes necessários a serem realizados.